JP4657051B2 - Method for producing carbonized fiber - Google Patents
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Description
本発明は、原料である綿、麻等の天然繊維を加熱により炭化処理することにより、油吸収材、断熱材として使用することができると共に、使用済みのものに所定の再生処理を施して使用前の状態に復元することにより油吸収材等として再利用することが可能となる炭素繊維に関するものである。 In the present invention, natural fibers such as cotton and hemp as raw materials are carbonized by heating, so that they can be used as oil absorbing materials and heat insulating materials, and used after being subjected to a predetermined regeneration treatment. The present invention relates to a carbon fiber that can be reused as an oil absorbing material or the like by restoring the previous state.
近年、産業の発達に伴い、人体や環境に影響を及ぼすガスや油などの液体等、さらには臭気や微生物等が大気中に工場内などに流出放散され、自然環境や生活環境に影響を与えることが問題となっている。 In recent years, with the development of industry, liquids such as gas and oil that affect the human body and the environment, as well as odors and microorganisms, are released into the atmosphere in the factory and affect the natural environment and living environment. Is a problem.
そこで、このような発生源を吸収除去する方策が種々考えられ、例えば、その断熱効果を生かしてグラスウールが断熱材として、またＰＣＢ等を含有する油を吸収するため木綿等が吸収材等としてよく用いられている。また、特許文献１には、このように繊維を用いる方法の一つとして、綿状の炭化物が提案されており、綿状の炭化物として、微細孔を有する木綿の焼成物と、カーボンファイバーを木綿などと組み合わせたものが開示されている。 Therefore, various measures for absorbing and removing such a generation source are conceivable. For example, glass wool is used as a heat insulating material by taking advantage of its heat insulating effect, and cotton or the like is often used as an absorbing material for absorbing oil containing PCB or the like. It is used. Patent Document 1 proposes a cotton-like carbide as one of the methods using fibers in this way. As the cotton-like carbide, a fired cotton product having fine pores and carbon fiber are used as a cotton material. A combination with the above is disclosed.
上記したように断熱材としては、従来より広く利用されているものにグラスウールがあるが、その熱伝導率が０．０５Ｗ／ｍ・Ｋであり、極めて高い断熱効果を有している材料である。しかしながら、グラスウールはＩＡＲＣ発がん性分類のグループ３（人体に対する発がん性について分類できない）に属し、微細な繊維の集合体であり、目に見えないほどの繊維が粉塵となって大気中に舞い上るため、呼吸により体内に入った場合人体に悪影響を及ぼす有害物質となり、利用の際の取扱いには細心の注意を必要である。このような性質により、グラスウールは安全性、利便性及び取扱い性の面で問題があると言える。 As described above, as a heat insulating material, glass wool is widely used conventionally, but its thermal conductivity is 0.05 W / m · K, and it is a material having a very high heat insulating effect. . However, glass wool belongs to group 3 of the IARC carcinogenicity classification (cannot be classified for carcinogenicity to the human body), and is an aggregate of fine fibers, because invisible fibers fly into the atmosphere as dust. If it enters the body by breathing, it becomes a harmful substance that adversely affects the human body, and handling with care must be taken with great care. Due to such properties, it can be said that glass wool has problems in terms of safety, convenience, and handleability.
また、グラスウール自体は、基本的には耐水性は持ち合わせておらず、断熱材として流通しているグラスウールの多くは、圧縮加工を行っているために気孔率が低く、機構上一旦吸収した水を排出することが難しいという難点もある。これはグラスウールの原料であるガラス自体が親水性であり、僅かながら吸水効果を有するものであるからだと考えられている。 Glass wool itself basically does not have water resistance, and most glass wool circulated as a heat insulating material has a low porosity due to compression processing, and the water that has been absorbed once due to the mechanism. There is also a difficulty that it is difficult to discharge. This is considered to be because glass itself, which is a raw material for glass wool, is hydrophilic and has a slight water absorption effect.
他の断熱材としては炭化物である炭化コルクが挙げられるが、その熱伝導率は０．０４Ｗ／ｍ・Ｋであり、グラスウールより高い断熱性を持つ。しかしながら、形状がペレット状もしくはボード状に限られるため、利用範囲が制限されるという欠点がある。 Other heat insulating materials include carbonized cork, which is a carbide, and its thermal conductivity is 0.04 W / m · K, which is higher than that of glass wool. However, since the shape is limited to a pellet shape or a board shape, there is a drawback that the range of use is limited.
油吸収材としては、天然繊維由来のコットン、カポック及びピートモス、化学物質由来のポリプロピレン繊維がある。天然繊維由来のコットン等は、化学物質由来のポリプロピレン繊維と比較して吸着能力が遙かに良好ではあると共に安価であるが、強度的に脆いので圧搾による再利用には不向きである。一方、ポリプロピレン繊維は吸着能力においては天然繊維に劣るが、長繊維で形態安定性に優れており、圧搾して再利用が可能な程度の強度を有している。 Examples of the oil absorbing material include cotton, kapok and peat moss derived from natural fibers, and polypropylene fibers derived from chemical substances. Natural fiber-derived cotton and the like have much better adsorption capacity and are cheaper than chemical-derived polypropylene fibers, but are not suitable for reuse by pressing because they are brittle in strength. Polypropylene fibers, on the other hand, are inferior to natural fibers in adsorption capacity, but are long fibers and excellent in form stability, and have a strength such that they can be squeezed and reused.
上記の性質により、これらは大量消費の面で有益であるため、現在利用頻度が高いものとなっているが、吸収後の処理上の問題等から油を吸収した後には使用済汚染物としてその大部分が廃棄されてしまうため、資源の消費節減及び有効活用、環境保護等の点では依然として課題を残している。 Due to the above properties, these are useful in terms of mass consumption, so they are currently used frequently, but after absorbing oil due to processing problems after absorption, etc. Since most of them are discarded, there are still problems in terms of resource consumption reduction, effective utilization, environmental protection, and the like.
特に、ＰＣＢが部品等に使用されている電気機器、ＰＣＢ汚染油の運搬用途に使用された油吸収材等は、環境保護等の理由により、ＰＣＢを含んだ油を吸収（回収）した後、ＰＣＢ汚染物として処分しなければならない。
因みに、油吸収後の吸収材の一般的な処分方法は焼却であるが、日本国内でＰＣＢ汚染物の受け入れ可能な焼却施設は現状では無い。
In particular, electrical equipment in which PCBs are used for parts, etc., oil absorbers used for the transportation of PCB-contaminated oil, etc., after absorbing (recovering) oil containing PCBs for reasons such as environmental protection, Must be disposed of as PCB contaminants.
Incidentally, although the general disposal method of the absorbent after absorbing oil is incineration, there are currently no incineration facilities that can accept PCB contaminants in Japan.
また、他の処分方法としては圧搾法あるいは溶剤洗浄が挙げられ、共に吸収材から油を分離する方法ではあるが、ＰＣＢの分離効率が低く、油の吸収後に油吸収材と吸収した油（ＰＣＢ）を分離することが事実上困難であるため、ＰＣＢ汚染物の処理方法としては実用性に欠ける。 In addition, other disposal methods include a pressing method or solvent washing, both of which are methods of separating oil from the absorbent material, but the separation efficiency of PCB is low, and the oil absorbed with the oil absorbent material (PCB ) Is practically difficult to separate, so that it is not practical as a method for treating PCB contaminants.
さらに、上記焼却法の代替方法として、洗浄法、真空加熱分離法が挙げられるが、洗浄法では、油（ＰＣＢ）を吸収した後に吸収した油を必要な基準までに吸収材から分離することは技術的に困難であり、また真空加熱分離法では、油（ＰＣＢ）と吸収材を分離することは可能であるものの、吸収材自体が熱分解してしまい、その熱分解成分が油（ＰＣＢ）に混入するため、後工程である液処理工程においてさらに該熱分解成分を分離する処理を行う必要が生ずる等のＰＣＢ汚染物の処理工程における利便性の問題を抱えている。 Furthermore, as an alternative method of the incineration method, a cleaning method and a vacuum heating separation method can be mentioned. In the cleaning method, after absorbing oil (PCB), the absorbed oil is separated from the absorbent by the required standard. Although it is technically difficult, and it is possible to separate the oil (PCB) and the absorbent by the vacuum heating separation method, the absorbent itself is thermally decomposed, and the thermal decomposition component is oil (PCB). Therefore, there is a problem in convenience in the process of treating PCB contaminants, such as the necessity of further performing a process of separating the thermal decomposition component in the liquid treatment process, which is a subsequent process.
そこで、有害ガス等を吸着するのに近時綿状の炭化物が注目されている。しかしながら、この炭化物は、炭化前の綿の形状をある程度そのまま保持した状態に製造するものであり、その方法は、常圧、無酸素下で適応され、炭化物の作成には幾度かに加熱を分けて製造する必要があるため、その工程は繁雑にならざるを得ない。
また、上記方法は常圧で処理を行うため、作成時において発火の危険性を伴い、さらに炭化物の品質の均一化に困難があると考えられる。
Therefore, cotton-like carbide has recently attracted attention for adsorbing harmful gases and the like. However, this carbide is manufactured in a state where the shape of the cotton before carbonization is maintained to some extent, and the method is applied under normal pressure and oxygen-free conditions, and heating is divided several times in the production of carbide. Therefore, the process must be complicated.
Moreover, since the said method processes at a normal pressure, it is considered that there is a danger of ignition at the time of preparation, and that it is difficult to make the quality of the carbide uniform.
特許文献１には、このような綿状の炭化物を作成する方法を木綿にのみ適用し、該炭化物を製造する際には２回に分けて加熱を行う必要があるということが開示されている。
本発明は、綿、麻、カポック等の植物性繊維のみならずウール等の動物性繊維をも含む天然繊維を原料とすることにより、原材料を広範囲で選択でき、また、負圧下において加熱処理して製造することにより、炭化前の各原料繊維の比表面積あるいは繊維表面の細孔分布等の素材の性状、形態が炭化後もそのまま受け継がれるにも拘らず、炭化前に比して炭化後に吸油性が向上し、吸水性が抑制される等の性質を有する炭化繊維を提供するものである。 In the present invention, raw materials are made from natural fibers including not only plant fibers such as cotton, hemp, and kapok but also animal fibers such as wool, so that raw materials can be selected over a wide range, and heat treatment is performed under negative pressure. The oil absorption after carbonization compared to before carbonization, even though the properties and form of the raw material, such as the specific surface area of each raw fiber before fiberization or pore distribution on the fiber surface, are inherited as they are after carbonization. It provides a carbonized fiber having properties such as improved properties and reduced water absorption.
本発明は、上記課題を解決するものであり、その要旨は以下の通りである。
（１）天然繊維を負圧下において加熱して炭化させ、得られた炭化物の性状・形態が、炭化処理前の天然繊維が有していた性状・形態を保持していることを特徴とする炭化繊維の製造方法。
（２）前記炭化繊維の炭化度が４５〜６５％であることを特徴とする前記（１）に記載の炭化繊維の製造方法。
（３）前記炭化繊維の繊維幅が７〜１５μｍであることを特徴とする前記（１）または（２）に記載の炭化繊維の製造方法。
The present invention solves the above-mentioned problems, and the gist thereof is as follows.
(1) carbonizing the natural fiber is heated in the negative pressure carbonized, nature-form of the resulting carbide, characterized in that the natural fibers before carbonization treatment is holding have been nature-form has A method for producing fibers.
(2) The carbonized fiber manufacturing method according to (1), wherein the carbonized fiber has a carbonization degree of 45 to 65 % .
(3) The carbonized fiber manufacturing method according to (1) or (2), wherein the carbonized fiber has a fiber width of 7 to 15 μm.
（４）前記炭化繊維のそれぞれ個々の繊維が炭化前に比して収縮しており、集合時には互いに複雑に絡み合い密集して綿状となると共に、それらの気孔率（繊維間の空隙率）が８５％以上であることを特徴とする前記（１）乃至（３）のいずれか１項に記載の炭化繊維の製造方法。
（５）油の吸収性があり、且つその吸収性が炭化前より向上していることを特徴とする前記（１）乃至（４）のいずれか１項に記載の炭化繊維の製造方法。
（６）水の吸収性がないことを特徴とする前記（１）乃至（５）のいずれか１項に記載の炭化繊維の製造方法。
(4) the are each individual fiber of the carbon fiber is contracted compared to the prior carbonization, with a flocculent densely entangled complex one another during collection, their porosity (void ratio between fibers) the method for manufacturing the fiber according to any one of above, wherein the at least 85% (1) to (3).
(5) absorbing there the oil is, and the method for manufacturing the fiber according to any one of (1) to (4) of the absorbent is characterized in that it improved over previous carbonization.
(6) the method for manufacturing the fiber according to any one of above, wherein the absence absorbent water (1) to (5).
（７）油を吸収した炭化繊維を真空加熱することにより吸収した油分を該炭化繊維内から分離して抽出し、該炭化繊維を吸収前の未使用の状態の炭化繊維に復元して、改めて油吸収材として再利用することが可能であることを特徴とする前記（１）乃至（６）のいずれか１項に記載の炭化繊維の製造方法。
（８）ポリ塩化ビフェニルまたはＰＣＢにより汚染された油の吸収材として利用することを特徴とする前記（１）乃至（７）のいずれか１項に記載の炭化繊維の製造方法。
(7) Extracting the oil component absorbed by vacuum heating the carbonized fiber that has absorbed the oil, separating the carbonized fiber from the carbonized fiber, restoring the carbonized fiber to an unused carbonized fiber before absorption, and again the method for manufacturing the fiber according to any one of (1) to (6), characterized in that it is possible to reuse as an oil absorbent.
(8) poly the method for manufacturing the fiber according to any one of the which is characterized by utilizing as an absorbent of contaminated oil by polychlorinated biphenyl or PCB (1) to (7).
本発明は、多種広範な原材料から製造することができ、使用後に所定の処理を施すことによって使用前の状態に復元させて再利用することが可能な炭化繊維であるため、需要者に与える経済的効果は多大である。
しかも本発明は、従来技術における課題であった製造時の利便性や安全性の問題に捉われずに製造することができるといった優れた技術的特性を持つ炭化繊維であるため、生産性の向上に貢献しつつ幅広い利用範囲を提供することができ、よって産業上の利用性に優れたものである。
さらに、該炭化繊維は油吸収材や断熱材、フィルター、衛生用品等様々な用途に使用することでき、従来からの課題であった環境保護の問題を解消することができると共に、原材料資源の有効活用や消費節減の促進をも図ることができるといった活用性に富むものである。
The present invention is a carbonized fiber that can be manufactured from a wide variety of raw materials, and can be restored to a state before use by performing a predetermined treatment after use, so that the economy given to consumers The effects are enormous.
Moreover, the present invention is a carbonized fiber having excellent technical characteristics such as being able to be manufactured without being caught by the problems of convenience and safety at the time of manufacture, which was a problem in the prior art, so that productivity is improved. It is possible to provide a wide range of use while contributing to the above, and thus it is excellent in industrial applicability.
Furthermore, the carbonized fiber can be used for various applications such as oil absorbers, heat insulating materials, filters, sanitary products, etc., and can solve the problem of environmental protection, which has been a problem in the past, and can effectively use raw material resources. It can be used and promoted to reduce consumption.
（１）本発明の炭化繊維の特徴
本発明の炭化繊維は、天然繊維を負圧下において加熱処理し、炭化させることを特徴とするものである。
繊維状のもので油等の液体を吸い上げる場合、繊維同士の作る微細な空間（以下、毛管と称す）が毛細管現象により液体を吸い上げて保持する場所となる。この時、毛管が小さくなればなるほど吸い上げる液体の量は多くなり、加えて特定体積下での繊維の数が増えて密集度が高まれば毛管の数がさらに増加するため、吸い上げる液体の量はより一層増加することになる。
(1) Features of the carbonized fiber of the present invention The carbonized fiber of the present invention is characterized in that a natural fiber is heated and carbonized under a negative pressure.
When a liquid such as oil is sucked up in a fibrous form, a fine space (hereinafter referred to as a capillary) formed by fibers becomes a place where the liquid is sucked up and held by capillary action. At this time, the smaller the capillary, the greater the amount of liquid to be sucked up.In addition, if the number of fibers under a specific volume increases and the density increases, the number of capillaries further increases, so the amount of liquid to be sucked up is larger. It will increase further.
すなわち、本発明は、天然繊維を炭化させ炭化繊維とするものであるため、炭化前の天然繊維時よりも個々の繊維が縮毛して元の繊維に比べて体積が減少し（図１（ａ），（ｂ）参照）、その結果それらが集まった状態においては炭化前より全体の嵩が縮小するが、逆に特定体積下においては炭化前より繊維数が増加し、各繊維間の距離が狭まるので、一定の範囲における繊維の密集度が高まり、また炭化繊維同士によって形成される毛管自体のサイズが炭化前の天然繊維同士によって形成されていた毛管自体のサイズより小さくなると共に、毛管の数が増加する。
よって、天然繊維を負圧下において加熱処理して炭化させることにより得られた炭化繊維を一定量油の吸収材として用いて油を吸収させると、炭化前の同種同重量の天然繊維を用いた場合と比べ油の吸収量が増加するといった結果が生じる。
That is, in the present invention, natural fibers are carbonized into carbonized fibers, and therefore, the individual fibers are curly and have a smaller volume than the original fibers compared to the natural fibers before carbonization (FIG. 1 ( (See a) and (b)). As a result, in the state in which they are gathered, the overall volume is reduced before carbonization, but conversely, under a specific volume, the number of fibers is increased before carbonization and the distance between the fibers. The density of fibers in a certain range is increased, and the size of the capillary itself formed by carbonized fibers is smaller than the size of the capillary itself formed by natural fibers before carbonization. The number increases.
Therefore, when natural fibers of the same kind and weight before carbonization are used when carbonized fibers obtained by carbonizing natural fibers by heat treatment under negative pressure are used as an absorbent for a certain amount of oil, As a result, the oil absorption increases.
また、本発明の炭化繊維は、炭化による繊維の収縮のため繊維体積が炭化前より減少するが、炭化繊維自体の性状や形態、具体的には比表面積、細孔分布、あるいは繊維集合体における気孔率等については、原料である天然繊維が元々有していた状態を殆どそのまま保持しており、このことにより集合状態においては綿状という形態を構成することが可能となることを特徴とするものである。 In addition, the carbonized fiber of the present invention has a fiber volume that is smaller than that before carbonization due to the shrinkage of the fiber due to carbonization, but the properties and form of the carbonized fiber itself, specifically the specific surface area, pore distribution, or the fiber aggregate As for the porosity, etc., the state that the natural fiber as the raw material originally had is kept almost as it is, and this makes it possible to form a cotton-like form in the aggregated state. Is.
ここで、綿状とは、図２に示すように、繊維の集合体において各繊維が不規則に絡まり合った状態を表している。
このように各炭化繊維が不規則に絡まって綿状を構成することは、上記毛細管現象を生じさせる上でも重要な要件となる。また、繊維自体に柔軟性が無ければ、折曲がり、断裂等の形状の変化に耐えられず綿状を維持できないと考えられるが、本発明の炭化繊維は、上記の如く加工前の天然繊維が有している性状、形態と変わりがないものであるため、柔軟性についても加工前の天然繊維が有しているのとほぼ同程度に維持することができ、よって加工後においても綿状を構成することができると考えられる。
Here, cotton-like represents a state in which the fibers are entangled irregularly in the aggregate of fibers as shown in FIG.
Thus, it is an important requirement that the carbonized fibers are irregularly entangled to form a cotton shape in order to cause the capillary phenomenon. In addition, if the fiber itself is not flexible, it is considered that it cannot withstand changes in shape such as bending and tearing and cannot maintain a cotton shape, but the carbonized fiber of the present invention is a natural fiber before processing as described above. Because it has the same properties and form as it has, the flexibility can be maintained at almost the same level as the natural fibers before processing. It can be configured.
また、本発明は、炭化繊維の比表面積及び細孔分布等の繊維性状等が炭化処理前の元の天然繊維素材の性状等と殆ど変らずそのまま受け継がれ、炭化処理前の繊維コンディションを保持することにより、天然繊維の有していた弾力性やしなやかさ等の特徴をそのまま引き継いで備えているため、炭化後に繊維にひび割れが生じたり、一部が欠落したり、断裂して細分化することがない。
また、このように、繊維の触感、質感、風合、手応え等の性質についても従前と殆ど変化がないため、元来天然繊維が有しているハンドリング性についても同様にそのまま維持することが可能である。
Further, the present invention, the fiber properties such as specific surface area and pore distribution of the carbonized fibers are passed directly never change little with properties like natural fiber materials of the original pre-carbonization treatment, to retain the fiber condition before carbonization As a result, the fiber retains its elasticity, flexibility, etc., as it was, and the fiber is cracked after carbonization, part of it is missing, or it is broken and fragmented. There is no.
In addition, since the fiber feel, texture, texture, response, etc. are almost the same as before, the handling properties of natural fibers can be maintained as they are. It is.
さらに、本発明の炭化繊維は、その炭化度が４５〜６５％、繊維幅は７〜１５μｍであり、集合時の該繊維束の気孔（繊維間の空隙）率が８５％以上であることを特徴としている。
炭化度については、上記４５〜６５％の範囲が本発明の効果を最もよく引き出す適正状態の範囲であり、後述の製造方法に基づいて製造した場合には炭化度の値が上記範囲内に収まることから、本発明の炭化繊維の炭化度を当該範囲内とした。
また、元の天然繊維素材の繊維幅にばらつきはあるものの、炭化繊維の炭化度が上記範囲内となるように炭化処理をすることにより、天然繊維は収縮してその繊維体積が減少し、かつ繊維幅が縮小して上記７〜１５μｍとなる。よって、本発明の炭化繊維の繊維幅を当該範囲内とした。
Further, the carbonized fiber of the present invention has a carbonization degree of 45 to 65%, a fiber width of 7 to 15 μm, and a porosity (void between the fibers) of the fiber bundle at the time of assembly of 85% or more. It is a feature.
As for the degree of carbonization, the range of 45 to 65% is a range of an appropriate state that best brings out the effects of the present invention, and the value of the degree of carbonization falls within the above range when manufactured based on the manufacturing method described later. For this reason, the carbonization degree of the carbonized fiber of the present invention is set within the range.
In addition, although there are variations in the fiber width of the original natural fiber material, by performing carbonization treatment so that the carbonization degree of the carbonized fiber is within the above range, the natural fiber contracts and the fiber volume decreases, and The fiber width is reduced to 7 to 15 μm. Therefore, the fiber width of the carbonized fiber of the present invention is set within the range.
前述したように、繊維の炭化によって集合体全体の嵩が縮小するに伴い、特定体積下においては炭化前より繊維数が増加するので、一定の範囲における繊維の密集度が高まるが、炭化繊維の集合体における気孔率、すなわち炭化繊維間の空隙率は、上記の如く繊維が炭化することによって収縮するため、綿状を構成する炭化繊維の集合体においては点在する繊維間の空隙の範囲が炭化前と殆ど変化せず、よって繊維集合体全体の気孔率自体の値も天然繊維のそれを承継している。 As described above, as the total volume of the aggregate decreases due to carbonization of the fibers, the number of fibers increases before carbonization under a specific volume, so the density of fibers in a certain range increases. Since the porosity in the aggregate, that is, the porosity between carbonized fibers, shrinks as the fibers are carbonized as described above, in the aggregate of carbonized fibers constituting a cotton-like structure, there is a range of voids between the scattered fibers. The value of the porosity of the entire fiber assembly itself is inherited from that of natural fibers.
本発明によれば、前記毛細管現象による油の吸収量は、炭化処理を行っていない天然繊維に比べ増加するが、毛細管現象による油の吸収量を増やす上では、炭化処理前の気孔率を保つことは重要な要素となる。すなわち、毛管サイズが小さくなり、その数が増加すればそれに比例して油の吸収量も増加することになることは前述した通りであるが、毛管は繊維同士の作る微細な空間であるため、その形状を形作るためには各繊維が絡まった綿状を構成する必要がある。 According to the present invention, the amount of oil absorbed by the capillary phenomenon is increased as compared to natural fibers that have not been carbonized, but in order to increase the amount of oil absorbed by the capillary phenomenon, the porosity before carbonization is maintained. This is an important factor. That is, as described above, the capillary size decreases, and if the number increases, the amount of oil absorbed increases proportionally, as described above, because the capillary is a fine space formed by fibers, In order to form the shape, it is necessary to form a cotton shape in which each fiber is entangled.
適正な綿状を構成するためには、上記したように元の天然繊維素材の性状、形態を承継することが不可欠であり、特に気孔率の低下は綿状の形成、ひいては毛管の形成に悪影響を及ぼすため、本発明における気孔率は、天然繊維素材が元々有している気孔率と上述した炭化度との関係から適正範囲を８５％以上とした。なお、気孔率の上限は定めていないが、物理的に気孔率が１００％となることはあり得ないため、１００％未満となることは明らかであるが、原材料である天然繊維の種類・種別や炭化の度合いにより適正な上限値が変ると考えられるため、下限を８５％としたのみで上限については敢えて規定しなかった。 In order to construct an appropriate cotton shape, it is indispensable to inherit the properties and form of the original natural fiber material as described above. In particular, the decrease in porosity has an adverse effect on the formation of the cotton shape, and hence the capillary formation. Therefore, the porosity in the present invention is set to an appropriate range of 85% or more from the relationship between the porosity inherent in the natural fiber material and the carbonization degree described above. Although the upper limit of the porosity is not defined, the porosity cannot be physically 100%, so it is clear that it is less than 100%, but the type and type of the natural fiber that is the raw material Since the appropriate upper limit value is considered to change depending on the degree of carbonization, the upper limit was not defined with only 85%.
また、本発明は、炭化繊維の比表面積及び細孔分布等の性状等が元の天然繊維素材の性状等をそのまま受け継いでいるため、炭化の前後において変化が殆んど無いことを特徴としている。
このことによって本発明の炭化繊維は、炭化前の天然繊維の有していた性状である弾性、しなやかさをそのまま引き継いで備えることができる。
In addition, the present invention is characterized in that the properties such as the specific surface area and pore distribution of the carbonized fiber inherit the properties of the original natural fiber material as they are, so that there is almost no change before and after carbonization. .
Accordingly, the carbonized fiber of the present invention can be provided with the elasticity and flexibility that are the properties of the natural fiber before carbonization.
（２）断熱材としての利用
コットン（木綿）の炭化繊維の熱伝導率は０．０３１Ｗ／ｍ・Ｋであり、グラスウールに比べて断熱効果が高い。また、炭化繊維は吸水性を持ち合わせていないため、余分な水分を吸収することもなく、さらに気孔率（空隙率）が８５％以上と高いため、ふっくらとしていて弾力性があり、仮に表面に付着した水分も揮発しやすいと考えられる。
(2) Use as a heat insulating material The thermal conductivity of carbonized fiber of cotton (cotton) is 0.031 W / m · K, which is higher in heat insulating effect than glass wool. In addition, carbonized fiber does not absorb water, so it does not absorb excess water, and has a high porosity (porosity) of 85% or more, so it is plump and elastic, and temporarily adheres to the surface. It is thought that the water that has been evaporated is also likely to volatilize.
一般的な炭化物はＩＡＲＣ発がん性分類での報告はされておらず、炭化繊維は比表面積及び細孔分布が元の木綿と大差が無いので特殊な気体を吸着保持することも無く安全に使用を続ける事が可能である。 General carbides have not been reported in the IARC carcinogenicity classification, and carbonized fibers are not much different from the original cotton in specific surface area and pore distribution, so they can be used safely without adsorbing and holding special gases. It is possible to continue.
なお、本発明炭化繊維と同様に炭化物で形成された炭化コルクの断熱材も上記と同様の性状等を有していると考えられるが、以下の点で本発明に及ばないと考えられる。該炭化コルクの断熱材は、生コルクを蒸気加熱して圧力をかけて成形するため、その形状がペレット状やボード状、粒状に成形されたものに限られ、本発明のように用途に合わせた形状に自由に成形することができない。 In addition, although it is thought that the heat insulating material of the carbonized cork formed with the carbide | carbonized_material similarly to this invention carbonized fiber has the same property as the above, it is thought that it does not reach this invention in the following points. The carbonized cork insulation is formed by applying pressure by steam heating raw cork, so its shape is limited to pellets, boards, and granules, and it can be used according to the application as in the present invention. It cannot be freely molded into different shapes.
それに比べて本発明の炭化繊維は綿状であるため、柔軟性に富んでおり、また加工し易いものであるため、その用途範囲はさらに広がると考えられる。 In contrast, since the carbonized fiber of the present invention is cotton-like, it is rich in flexibility and easy to process.
（３）油吸収材としての利用
本発明の綿状炭化繊維を吸収材として利用することにより、既存の油吸収材よりも油の吸収率を上げることができる。それは、既存の天然繊維による油吸収材の有する気孔率をそのまま維持して毛管数を増加させることにより油を保有できる空間を増やし、毛細管現象をより活性化させることができるためと考えられる。
また、気孔率は、圧縮比に反比例しているので圧縮成形すると吸収量は減少する可能性があるが、ハンドリング性に優れた本発明は、使用時に殊更圧縮成形する必要がないため、気孔率を下げることなく油の吸収材として利用することが可能である。このように毛管形成の妨げとなる気孔率の低下が生じず、油の吸収量が減少することがないため、既存の油吸収材よりも油の吸収材として適していると考えられる。
(3) Utilization as an oil absorbent By utilizing the cotton-like carbonized fiber of the present invention as an absorbent, the oil absorption rate can be increased as compared with existing oil absorbents. This is considered to be because by increasing the number of capillaries while maintaining the porosity of oil absorbers made of existing natural fibers as they are, it is possible to increase the space in which oil can be retained and to further activate the capillary phenomenon.
In addition, since the porosity is inversely proportional to the compression ratio, the amount of absorption may decrease when compression molding is performed, but the present invention, which has excellent handling properties, does not require any particular compression molding at the time of use. It can be used as an oil absorbing material without lowering. Thus, since the porosity which prevents capillary formation does not occur and the amount of oil absorption does not decrease, it is considered that the oil absorption material is more suitable than the existing oil absorption material.
さらに、吸収材の大部分が再利用できないのは吸収した油と吸収材との分離がし難いからであるが、この綿状炭化繊維は油を吸着させた後に真空加熱分離処理（特開平１１−３０９２２２号参照）を行うことにより油の蒸気圧を利用して分離することができる。特にＰＣＢのような焼却処理できない有害物質の分離処理や高価な油の回収などに高い効果が期待される。なお、本発明の炭化繊維は、嵩比重が小さいので水に浮き、さらに吸水性が低いため水を吸収して水中に沈むことがないので、水面上の油分のみを吸収することも可能である。 Further, most of the absorbent material cannot be reused because it is difficult to separate the absorbed oil from the absorbent material. -309222), the oil can be separated by utilizing the vapor pressure of the oil. In particular, it is expected to be highly effective for separation of harmful substances that cannot be incinerated, such as PCB, and recovery of expensive oil. In addition, since the carbonized fiber of the present invention has a low bulk specific gravity, it floats in water, and since it has low water absorption, it absorbs water and does not sink into water, so it is also possible to absorb only the oil on the water surface. .
（４）綿状の炭化繊維の製造
既存の木綿から炭化綿を生成する方法は、常圧中で炭化綿生成を行うため、処理を行う温度条件などを操作して木綿の最適処理方法を見つけるしかなかった。
しかしながら、本発明は真空下において炭化繊維を製造するため、木綿のみならず様々な天然繊維に加熱処理を行い、綿状もしくは独特な形質を維持した様々な炭化物を生成することができるため、その応用範囲は多岐に亘ると考えられる。
(4) Manufacture of cotton-like carbonized fiber The method for producing carbonized cotton from existing cotton is to produce carbonized cotton under normal pressure. Therefore, the optimum processing method for cotton is found by operating the temperature conditions for the treatment. There was only.
However, since the present invention produces carbonized fibers under vacuum, not only cotton but also various natural fibers can be heat-treated to produce various carbides that maintain cotton-like or unique character. The range of application is considered to be diverse.
以下に、本発明の炭化繊維を用いて油を吸収させた場合の例を示す。
〔実施例１〕
［炭化繊維の油吸収量試験］
現在、一般に廃油、流出した油、汚染物質を含んだ油等を回収等の目的で吸収させるものとしては、天然繊維あるいは合成繊維、植物性粉状物等の吸収材が利用されているが、油の吸収性等の点で課題を残している。
Below, the example at the time of making oil absorb using the carbonized fiber of this invention is shown.
[Example 1]
[Oil absorption test of carbonized fiber]
Currently, absorbents such as natural fibers or synthetic fibers, vegetable powders, etc. are used to absorb waste oil, spilled oil, oil containing pollutants, etc. for the purpose of recovery, etc. Issues remain in terms of oil absorption.
本発明は、上記の如く天然繊維を炭化加工する炭化繊維であり、この本発明炭化繊維の優れた特性を利用すれば、従来の吸収材に比べてより高い油の吸収性（吸収材１ｇにつき油の吸収量が６ｇ以上〔旧運輸省型式基準〕）・保持性を有する油の吸収材を製造することができる。 The present invention is a carbonized fiber obtained by carbonizing natural fibers as described above. If the excellent characteristics of the carbonized fiber of the present invention are used, the oil absorbability (per gram of absorbent material) is higher than that of a conventional absorbent material. Oil absorption amount of 6 g or more [former Ministry of Transportation type standard])-Retaining oil absorbing material can be produced.
ここで、油の吸収量を比較し、吸収力の違いを調べるために、天然繊維であるコットンとカポックを吸収材としたものと、コットンとカポックのそれぞれの天然繊維を炭化させ炭化繊維に加工したものとに油を吸収させた。各々の吸収量を測定した結果を表１に示す。 Here, in order to compare the amount of oil absorbed and investigate the difference in absorbency, the natural fibers of cotton and kapok are made of absorbent and the natural fibers of cotton and kapok are carbonized and processed into carbonized fibers. Oil was absorbed into the product. Table 1 shows the results of measuring the amount of each absorption.
なお、試料と使用した炭化繊維は、天然繊維（コットン）を真空加熱分離装置に投入して減圧後４００℃に加熱して、その後自然冷却する方法により製造し、その製造条件は以下に示す通りである。
（炭化繊維の製造条件）
・繊維の種類 コットン（木綿）
・加熱温度 ４００℃
・処理圧力 ６０ｍｂａｒ
・加熱時間 試料温度が４００℃になってから２時間保持
The carbonized fiber used for the sample is manufactured by a method in which natural fiber (cotton) is put into a vacuum heating separation apparatus, heated to 400 ° C. after being decompressed, and then naturally cooled. The manufacturing conditions are as follows. It is.
(Conditions for carbonized fiber production)
・ Fiber type Cotton (cotton)
・ Heating temperature 400 ℃
・ Processing pressure 60mbar
-Heating time Hold for 2 hours after the sample temperature reaches 400 ° C
また、炭化処理前の天然繊維と上記炭化方法で製造された炭化繊維の性状、形態を比較した結果を以下に示す。
（炭化処理前後の繊維の物性の変化）
炭 化 処 理 前 炭 化 処 理 後
・繊維重量 １ｋｇ ０．１５ｋｇ
・嵩比重 ０．０３７ｇ／ｃｍ2 ０．０２７ｇ／ｃｍ2
・比表面積 ２〜３ｍ2／ｇ ２．８５ｍ2／ｇ
・細孔分布 マイクロポアが存在しない 殆ど炭化前と変化なし（炭化処理
前試料と比較して大きな変化は確
認できなかった）
・気孔率 ７０〜９０％※ ８５．９１％
・繊維幅 １２〜２２μｍ ７〜１０μｍ
・炭化度 − ４８％
・熱伝導率 ０．５４Ｗ／ｍ・ｋ ０．０３１Ｗ／ｍ・Ｋ
※繊維の状態や紡績等によって変化
なお、上記細孔分布については、その状況を図３（ａ），（ｂ）に示す。
Moreover, the result of having compared the property and form of the natural fiber before carbonization process and the carbonized fiber manufactured by the said carbonization method is shown below.
(Changes in fiber properties before and after carbonization)
Carbonization treatment before carbonization treatment after
- fiber weight 1kg 0.15 kg
Bulk specific gravity 0.037 g / cm 2 0.027 g / cm 2
Specific surface area: 2-3 m 2 / g 2.85 m 2 / g
・ Pore distribution No micropores Almost unchanged before carbonization (carbonization treatment)
Big change compared to the previous sample
Could not be recognized)
・ Porosity 70-90% * 85.91%
・ Fiber width 12-22 μm 7-10 μm
-Carbonization-48 %
・ Thermal conductivity 0.54 W / m · k 0.031 W / m · K
* Changes depending on fiber condition, spinning, etc. The state of the pore distribution is shown in FIGS. 3 (a) and 3 (b).
上記表１において示している油の吸収量数値は、吸収材１ｇが吸収できる油の量であり、この油の吸収量及び後述の炭化繊維の製造量から分かるように、上記炭化繊維の油の吸収量は、炭化繊維の自重の約３０〜４０倍であり、しかも炭化前のコットン及びカポックの油の吸収量と比較してみると、炭化処理をして炭化繊維に加工することにより、油の吸収量が１５０％〜２００％に増加することが確認できた。これは、原材料である天然繊維を炭化処理することにより、上記したように、繊維が収縮して各毛管のサイズが小さくなると共に、毛管の数が増加したためと考えられる。 The oil absorption value shown in Table 1 above is the amount of oil that can be absorbed by 1 g of the absorbent material. As can be seen from the absorption amount of this oil and the production amount of carbonized fiber described later, The absorption amount is about 30 to 40 times the own weight of carbonized fiber, and compared with the absorption amount of cotton and kapok oil before carbonization, the carbonized fiber is processed into carbonized fiber. It was confirmed that the amount of absorption increased from 150% to 200%. This is thought to be because, as described above, the carbon fiber is contracted by reducing the size of each capillary and the number of capillaries is increased by carbonizing a natural fiber that is a raw material.
〔実施例２〕
［炭化繊維の吸水量試験］
水上（水の表面に浮遊する）もしくは水中の油類を吸収し、吸収した油のみを分離して抽出する目的で油吸収材を利用する場合には、油吸収材の持つ吸油力、すなわち油の吸収量が多いことが必要であるのは勿論であるが、吸収した油のみを抽出するためには使用する油吸収材が水分を吸収しないことが特に重要となってくる。
[Example 2]
[Water absorption test of carbonized fiber]
When absorbing oil on water (floating on the surface of water) or in water, and using the oil absorbent for the purpose of separating and extracting only the absorbed oil, the oil absorption capacity of the oil absorbent, ie oil Of course, it is necessary that the amount of oil absorbed be large, but in order to extract only the absorbed oil, it is particularly important that the oil absorbent used does not absorb moisture.
従来は、水上の油の除去処理等を行う場合に吸収材は使用されてきたが、薄い被膜状の油を除去する際には、直接柄杓等で油を掬うか、乳化剤の油処理剤を散布することによって水上の油を分散する方法が採られていたが、汚染物である油のみを回収することが困難であった。 Conventionally, absorbent materials have been used for removing oil on water, but when removing thin film-like oil, oil is applied directly with a handle or an emulsifier oil treatment agent is used. Although a method of dispersing oil on water by spraying has been adopted, it has been difficult to recover only oil that is a contaminant.
本発明の炭化繊維は、主成分が炭素であるため疎水性であり、故に上記の如く吸水性が乏しい（吸収材１ｇにつき吸水量が１．５ｇ以下〔旧運輸省型式基準〕）という性質を有する。従って、油吸収材が油以外の水分を吸収することにより生じる不都合を解消する上で非常に好適であり、特に従来は難しいとされていた水中において油吸収材を用いて油のみを吸収することを十分可能にするものである。 The carbonized fiber of the present invention is hydrophobic because the main component is carbon, and therefore has a poor water absorption as described above (the amount of water absorption is 1.5 g or less per 1 g of absorbent material [former Ministry of Transport type standard)). Have. Therefore, it is very suitable for eliminating the inconvenience caused by the absorption of moisture other than oil by the oil absorbent, and absorbs only oil using the oil absorbent in water, which has been considered difficult in the past. Is sufficiently possible.
また、断熱材としての利用する素材（材料）の吸水性は、断熱材が発揮する断熱効果にも影響を与え、断熱材素材の吸収する水分量が多くなれば断熱効果が大きく損なわれ、場合によっては細菌、害虫の繁殖の原因ともなり得る。従って、断熱材として利用される素材の性質において、吸水性が乏しいことは非常に重要であり、断熱材素材を選択する場合に十分考慮すべき要素であると考えられる。 In addition, the water absorption of the material used as a heat insulating material also affects the heat insulating effect exhibited by the heat insulating material, and if the amount of moisture absorbed by the heat insulating material increases, the heat insulating effect is greatly impaired. Depending on the condition, it can cause the growth of bacteria and pests. Therefore, it is very important for the properties of the material used as the heat insulating material that the water absorption is poor, and it is considered to be a factor that should be fully considered when selecting the heat insulating material.
そこで、天然繊維であるコットン（木綿）とカポックの吸収材をそれぞれ実施例１と同様の製造条件で炭化し、本発明の炭化繊維に加工したものに水を吸収させ、その吸収量を測定した結果を表２に示す。 Therefore, carbon (cotton) and kapok absorbents, which are natural fibers, were carbonized under the same production conditions as in Example 1, water was absorbed by the carbon fiber processed into the present invention, and the amount of absorption was measured. The results are shown in Table 2.
なお、吸収量は吸収素材１ｇが吸収できる水の量として示した。
表２に示すように、コットン、カポック及び炭化繊維の吸水量は大変低いことが確認できた。コットンの炭化繊維に至っては殆ど吸水しないことが分かった。
The absorption amount is shown as the amount of water that can be absorbed by 1 g of the absorbent material.
As shown in Table 2, it was confirmed that the water absorption of cotton, kapok and carbonized fiber was very low. It was found that the carbonized fiber of cotton hardly absorbs water.
〔実施例３〕
［炭化繊維の再利用性試験］
油を吸収させた実施例１と同様の条件で製造した炭化繊維を真空加熱分離処理することで炭化繊維が吸収した油だけを分離して抽出し、抽出後の炭化繊維を吸収材として繰り返し利用できることを確認するため、油の吸収、分離・抽出を５回繰り返した結果を表３に示す。
Example 3
[Recyclability test of carbonized fiber]
The carbonized fiber produced under the same conditions as in Example 1 in which the oil is absorbed is subjected to vacuum heat separation to separate and extract only the oil absorbed by the carbonized fiber, and the carbonized fiber after extraction is repeatedly used as an absorbent. Table 3 shows the results of repeating the oil absorption, separation and extraction five times to confirm that this can be done.
吸収量は炭化繊維１ｇが吸収できる油の量として示す。分離１回目には吸収量が増加し、試料重量が減少している。これは炭化繊維の炭化が進んだため生じたものと考えられる。２回目の試験以降は吸収量、試料重量共に大きな変化が確認できず、吸収・分離を繰り返すことでその機能が劣化する割合は極めて小さいと予想でき、吸収材が再利用に適していることを確認した。
また、同時に従来の圧搾による油の分離方法では吸収した油を完全に分離できない上に、吸収分離を繰り返すと吸収材が劣化してしまうが、真空加熱分離処理を用いることで上記のような効果が望めることが確認できた。
Absorption is shown as the amount of oil that can be absorbed by 1 g of carbonized fiber. In the first separation, the amount of absorption increases and the sample weight decreases. This is considered to be caused by the progress of carbonization of carbonized fibers. After the second test, the absorption and sample weight could not be confirmed to change significantly, and the rate of deterioration of the function due to repeated absorption / separation can be expected to be extremely small, indicating that the absorbent material is suitable for reuse. confirmed.
At the same time, the conventional method of separating oil by pressing cannot completely separate the absorbed oil, and the absorbent material deteriorates if the absorption separation is repeated. Was confirmed.
〔実施例４〕
［炭化繊維が吸収した油の分離試験］
真空加熱分離処理を行う目的は、炭化繊維の再生使用のみならず、分離・抽出された油を回収することにもある。ここで、真空加熱分離処理前の油の量と処理後の分離・抽出された油を実施例１と同様の条件で製造した炭化繊維を試料として用い比較した結果を表４に示す。
Example 4
[Separation test of oil absorbed by carbonized fiber]
The purpose of performing the vacuum heat separation treatment is not only to recycle the carbonized fibers but also to recover the separated and extracted oil. Here, Table 4 shows the result of comparing the amount of the oil before the vacuum heat separation treatment and the separated / extracted oil after the treatment using carbonized fibers produced under the same conditions as in Example 1 as a sample.
吸収していた油の９９．６％を炭化繊維から分離・抽出し、回収することができる事を確認した。 It was confirmed that 99.6% of the absorbed oil could be separated and extracted from the carbonized fiber and recovered.
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